(57)【要約】  複数の構築トレイ；複数の構築トレイの各々の上にマスクパターンを印刷するように構成された印刷ステーション；複数の構築トレイの各々の上に１回分の粉末材料を塗布するように構成された粉末送達ステーション；複数の構築トレイの各々の上に１回分の粉末材料を展着するように構成された粉末展着ステーション；粉末材料を圧縮するように構成された圧縮プロセスステーション；及び複数の構築トレイの各々の上に単一層を同時に構築するために印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションの各々に複数の構築トレイを同時に前進させ、複数の構築トレイの各々の上に複数の層を構築するために前進を繰り返し、複数の構築トレイの各々の上の複数の層が複数の構築トレイの各々の上に三次元物体を形成するように構成されたステージを含むシステム。【選択図】図４Ａ−４Ｂ
2019523823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のものを含むシステム：
複数の構築トレイ；
複数の構築トレイの各々の上にマスクパターンを印刷するように構成された印刷ステーション；
複数の構築トレイの各々の上に１回分の粉末材料を塗布するように構成された粉末送達ステーション；
複数の構築トレイの各々の上に１回分の粉末材料を展着するように構成された粉末展着ステーション；
粉末材料を圧縮するように構成された圧縮プロセスステーション；及び
複数の構築トレイの各々の上に単一層を同時に構築するために印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションの各々に複数の構築トレイを同時に前進させ、複数の構築トレイの各々の上に複数の層を構築するために前進を繰り返し、複数の構築トレイの各々の上の複数の層が複数の構築トレイの各々の上に三次元物体を形成するように構成されたステージ。
【請求項２】
ステージが、複数の構築トレイを循環路で運ぶレールを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションの各々に第一構築トレイを前進させるように構成された第一直線レール、及び第二トレイを印刷ステーションに前進させるように構成された第二直線レール、及び第一構築トレイと第二構築トレイの間で切り替えるように構成された切り替えユニットを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
切り替えユニットが、一端に第一握手ステーションを有しかつ反対端に第二握手ステーションを有するアームを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
第一握手ステーションが、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションの各々においてプロセス完了後に第一構築トレイを受ける、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
第二握手ステーションが、マスクパターンの印刷の完了後に第二構築トレイを受ける、請求項４又は５に記載のシステム。
【請求項７】
各トレイは、そのトレイの高さを調整するように構成されたＺキャリッジと関連付けられている、請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションのうちの一つ以上が、トレイの高さを調整するように構成された専用直線ステージと関連付けられる、請求項１〜６のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
構築トレイの到着に基づいて印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションのうちの一つの操作を調整するように構成されたコントローラを含む、請求項１〜８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
複数のマスクデータファイルからマスクデータを与えることを繰り返すように構成されたコントローラを含む、請求項１〜９のいずれかに記載のシステムであって、複数のマスクデータファイルからの各ファイルが、複数の構築トレイの一つの上に印刷される物体のためのマスクデータに対応する、システム。
【請求項１１】
印刷ステーションが、複数の構築トレイの第一構築トレイの上に第一材料を、そして複数の構築トレイの第二構築トレイの上に第二材料を選択的に堆積するように構成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載のシステム。
【請求項１２】
印刷ステーションが、マスクパターンデータに基づいて材料を堆積する直接インクジェットプリントヘッドを含み、堆積された材料が、フォトポリマー材料とワックスのうちの少なくとも一方である、請求項１〜１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
粉末送達ステーションが、第一粉末材料及び第二粉末材料を貯蔵し、複数の構築トレイの第一構築トレイの上に第一粉末材料を、複数の構築トレイの第二構築トレイの上に第二粉末材料を選択的に堆積するように構成されている、請求項１〜１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
圧縮プロセスステーションが、層を受けるためのダイ、及び層と対面するダイの表面を暖めるための加熱要素を含む、請求項１〜１３のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
圧縮プロセスステーションが、複数の構築トレイの第一構築トレイの上に層を圧縮するための一組の操作パラメータに基づいて、及び複数の構築トレイの第二構築トレイの上に層を圧縮するための別の組の操作パラメータに基づいて操作される、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
複数の構築トレイの全ての上に複数の層を同時に圧縮するように構成された最終圧縮ステーションを含む、請求項１〜１５のいずれかに記載のシステムであって、最終圧縮ステーションが、複数の加熱ステージの上に複数の層を加熱圧縮する、システム。
【請求項１７】
複数の構築トレイの全ての上に複数の層を同時に焼結するように構成された最終焼結ステーションを含む、請求項１〜１６のいずれかに記載のシステム。
【請求項１８】
三次元物体を構築するための方法であって、
複数の構築トレイの各々の上にマスクパターンを印刷するステップと、
複数の構築トレイの各々の上に一回分の粉末材料を塗布するステップと、
複数の構築トレイの各々の上に一回分の粉末材料を展着するステップと、
複数の構築トレイの各々の上に粉末材料を圧縮するステップと、
複数の三次元物体の各々を構築するための複数の層が完成するまで印刷、展着、及び圧縮を繰り返すステップと
を含み、
複数の構築トレイの第一構築トレイの上の印刷、塗布、展着、及び圧縮のうちの少なくとも一つが、複数の構築トレイの第二構築トレイの上の印刷、塗布、展着、及び圧縮のうちの少なくとも一つの他のものと同時に実施される、方法。
【請求項１９】
複数の構築トレイのうち一つの構築トレイが印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションのうちの一つに配置されるときを感知することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションのうちの一つに到達する構築トレイに基づいて複数の構築トレイのうちの一つの構築トレイの高さを調整することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも一つの構築トレイのためのステーションの操作を調整することを含む、請求項１９に記載の方法であって、ステーションが、印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションを含む群から選択される、方法。
【請求項２２】
複数のマスクデータファイルからマスクデータを与えることを繰り返すことを含む、請求項１８〜２１のいずれかに記載の方法であって、複数のマスクデータファイルからの各ファイルが、複数の構築トレイの一つの上に印刷される物体のためのマスクデータに対応する、方法。
【請求項２３】
複数の構築トレイの第一構築トレイの上に第一材料を、そして複数の構築トレイの第二構築トレイの上に第二材料を選択的に堆積することを含む、請求項１８〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
複数の構築トレイの第一構築トレイの上に一つのタイプの粉末材料を、そして複数の構築トレイの第二構築トレイの上に別のタイプの粉末材料を選択的に堆積することを含む、請求項１８〜２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
複数の構築トレイの第二構築トレイの上の粉末層と比較して異なる圧力、温度、又は時間で複数の構築トレイの第一構築トレイの上に粉末材料を選択的に圧縮することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
最終圧縮ステーションにおいて複数の構築トレイの全ての上に複数の層を同時に圧縮することを含む、請求項１８〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
最終焼結ステーションにおいて複数の構築トレイの全ての上に複数の層を同時に焼結することを含む、請求項１８〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
複数の構築トレイを循環路で前進させることを含む、請求項１８〜２７のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その一部の実施形態では、三次元（３Ｄ）印刷に基づく製造方法に関し、さらに詳しくは、粉末材料の層による３Ｄ印刷に関するが、それに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
粉末材料の連続層による３Ｄ印刷によって立体的物体を作製するための多数の様々なプロセスが知られている。一部の公知の３Ｄ印刷技法は、物体の３Ｄモデルに基づいて液体結合材を選択的に塗布し、それが層毎に粉末材料を結合して立体構造物を形成する。
【０００３】
粉末床溶融、金属結合剤噴射、及び指向性エネルギー堆積のような金属印刷プロセスもまた知られている。選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）は、粉末材料の層を焼結するためのパワー源としてレーザを使用する。レーザは、３Ｄモデルによって画定される空間内の点に照準するように制御され、材料を層毎に結合して立体構造を形成する。選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）は、焼結の代わりに材料の完全な溶融を適用する同等の技法である。ＳＬＭは、通常、粉末の溶融温度が均一であるとき、例えば純金属粉末が構築材料として使用されるときに適用される。
【０００４】
内容を参考として本願明細書に援用する「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ３Ｄ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｂｙ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ」と題する国際特許公開ＷＯ２０１５／１７０３３０号は、構築トレイ上に粉末の層を設けるステップと、層にダイ圧縮を実行するステップと、ダイ圧縮された層を選択的焼結または選択的溶融により焼結するステップと、三次元物体が完成するまで層を設けること、ダイ圧縮、および層毎の焼結を繰り返すステップとを含む、３Ｄ印刷により物体を形成する方法を開示している。開示された選択的焼結は、焼結すべき層の部分のネガを画定するマスクパターンによる。
【発明の概要】
【０００５】
公知の３Ｄ粉末層印刷システムでは、各層は、単一の構築トレイ上で操作する複数のプロセスステーションによって形成される。各プロセスステーションは、順に単一層を完成するために活性化され、次いで全ての層が形成されるまでプロセスが繰り返される。一つのプロセスステーションを除いた全てのプロセスステーションがいかなる時も働いていないので、構築プロセスは効率的でない。本発明の一部の実施形態の態様によれば、粉末層による３Ｄ印刷に基づいて複数の物体を同時に製造するためのシステム及び方法が提供される。一部の例示的な実施形態では、システムの一つより多いステーションが一回で操作されるように一回で一つより多い構築トレイが、印刷システムのステーション間で循環する。一部の例示的な実施形態では、ステーションは、粉末吐出ステーション、粉末展着ステーション、マスク印刷ステーション、及び圧縮ステーションを含む。
【０００６】
任意選択的に、システムは、各トレイに対して異なる材料、異なるマスク、及び／又は異なる層厚さを使用することを与えることができる。この構築技術の能力の一つは、モデル高さに沿って異なる層厚さで同じモデルを構築する能力である。変動可能な層厚さで構築することは、物体の外部面を改良するために有用でありうる。この構築技術の別の能力は、異なる構築高さで同時に構築する能力である。一部の例示的な実施形態では、同時に製造される複数の物体の各々を完成するために要求される層の数は、異なることができる。いったん物体が完成すると、それは、除去されることができ、新しい物体は、空けられたトレイ上に構築されることができる。異なる構築高さで同時に構築する能力は、システムが異なる構築ステージにある物体を同時に構築することを可能にする。例えば、複数の構築トレイのうちの一つのものの上の物体は、その最終層の一つを受けることができるが、複数の構築トレイの別のものの上の物体は、その第一層の一つを受けることができる。
【０００７】
本開示の一部の実施形態の態様によれば、以下のものを含むシステムが提供される。
複数の構築トレイ；
複数の構築トレイの各々の上にマスクパターンを印刷するように構成された印刷ステーション；
複数の構築トレイの各々の上に１回分の粉末材料を塗布するように構成された粉末送達ステーション；
複数の構築トレイの各々の上に１回分の粉末材料を展着するように構成された粉末展着ステーション；
粉末材料を圧縮するように構成された圧縮プロセスステーション；及び
複数の構築トレイの各々の上に単一層を同時に構築するために印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションの各々に複数の構築トレイを同時に前進させ、複数の構築トレイの各々の上に複数の層を構築するために前進を繰り返し、複数の構築トレイの各々の上の複数の層が複数の構築トレイの各々の上に三次元物体を形成するように構成されたステージ。
【０００８】
任意選択的に、ステージは、複数の構築トレイを循環路で運ぶレールを含む。
【０００９】
任意選択的に、システムは、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションの各々に第一構築トレイを前進させるように構成された第一直線レール、及び第二トレイを印刷ステーションに前進させるように構成された第二直線レール、及び第一構築トレイと第二構築トレイの間で切り替えるように構成された切り替えユニットを含む。
【００１０】
任意選択的に、切り替えユニットは、一端に第一握手ステーションを有しかつ反対端に第二握手ステーションを有するアームを含む。
【００１１】
任意選択的に、第一握手ステーションは、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションの各々においてプロセス完了後に第一構築トレイを受ける。
【００１２】
任意選択的に、第二握手ステーションは、マスクパターンの印刷の完了後に第二構築トレイを受ける。
【００１３】
任意選択的に、各トレイは、そのトレイの高さを調整するように構成されたＺキャリッジと関連付けられている。
【００１４】
任意選択的に、印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションのうちの一つ以上は、トレイの高さを調整するように構成された専用直線ステージと関連付けられる。
【００１５】
任意選択的に、システムは、構築トレイの到着に基づいて印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションのうちの一つの操作を調整するように構成されたコントローラを含む。
【００１６】
任意選択的に、システムは、複数のマスクデータファイルからマスクデータを与えることを繰り返すように構成されたコントローラを含み、複数のマスクデータファイルからの各ファイルは、複数の構築トレイの一つの上に印刷される物体のためのマスクデータに対応する。
【００１７】
任意選択的に、印刷ステーションは、複数の構築トレイの第一構築トレイの上に第一材料を、そして複数の構築トレイの第二構築トレイの上に第二材料を選択的に堆積するように構成されている。
【００１８】
任意選択的に、印刷ステーションは、マスクパターンデータに基づいて材料を堆積する直接インクジェットプリントヘッドを含み、堆積された材料が、フォトポリマー材料とワックスのうちの少なくとも一方である。
【００１９】
任意選択的に、粉末送達ステーションは、第一粉末材料及び第二粉末材料を貯蔵し、複数の構築トレイの第一構築トレイの上に第一粉末材料を、複数の構築トレイの第二構築トレイの上に第二粉末材料を選択的に堆積するように構成されている。
【００２０】
任意選択的に、圧縮プロセスステーションは、層を受けるためのダイ、及び層と対面するダイの表面を暖めるための加熱要素を含む。
【００２１】
任意選択的に、圧縮プロセスステーションは、複数の構築トレイの第一構築トレイの上に層を圧縮するための一組の操作パラメータに基づいて、及び複数の構築トレイの第二構築トレイの上に層を圧縮するための別の組の操作パラメータに基づいて操作される。
【００２２】
任意選択的に、システムは、複数の構築トレイの全ての上に複数の層を同時に圧縮するように構成された最終圧縮ステーションを含み、最終圧縮ステーションは、複数の加熱ステージの上に複数の層を加熱圧縮する。
【００２３】
任意選択的に、システムは、複数の構築トレイの全ての上に複数の層を同時に焼結するように構成された最終焼結ステーションを含む。
【００２４】
本開示の一部の実施形態の態様によれば、三次元物体を構築するための方法であって、
複数の構築トレイの各々の上にマスクパターンを印刷するステップと、
複数の構築トレイの各々の上に一回分の粉末材料を塗布するステップと、
複数の構築トレイの各々の上に一回分の粉末材料を展着するステップと、
複数の構築トレイの各々の上に粉末材料を圧縮するステップと、
複数の三次元物体の各々を構築するための複数の層が完成するまで印刷、展着、及び圧縮を繰り返すステップと
を含み、
複数の構築トレイの第一構築トレイの上の印刷、塗布、展着、及び圧縮のうちの少なくとも一つが、複数の構築トレイの第二構築トレイの上の印刷、塗布、展着、及び圧縮のうちの少なくとも一つの他のものと同時に実施される、方法が提供される。
【００２５】
任意選択的に、方法は、複数の構築トレイのうち一つの構築トレイが印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションのうちの一つに配置されるときを感知することを含む。
【００２６】
任意選択的に、方法は、印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションのうちの一つに到達する構築トレイに基づいて複数の構築トレイのうちの一つの構築トレイの高さを調整することを含む。
【００２７】
任意選択的に、方法は、少なくとも一つの構築トレイのためのステーションの操作を調整することを含み、ステーションは、印刷ステーション、粉末送達ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮プロセスステーションを含む群から選択される。
【００２８】
任意選択的に、方法は、複数のマスクデータファイルからマスクデータを与えることを繰り返すことを含み、複数のマスクデータファイルからの各ファイルは、複数の構築トレイの一つの上に印刷される物体のためのマスクデータに対応する。
【００２９】
任意選択的に、方法は、複数の構築トレイの第一構築トレイの上に第一材料を、そして複数の構築トレイの第二構築トレイの上に第二材料を選択的に堆積することを含む。
【００３０】
任意選択的に、方法は、複数の構築トレイの第一構築トレイの上に一つのタイプの粉末材料を、そして複数の構築トレイの第二構築トレイの上に別のタイプの粉末材料を選択的に堆積することを含む。
【００３１】
任意選択的に、方法は、複数の構築トレイの第二構築トレイの上の粉末層と比較して異なる圧力、温度、又は時間で複数の構築トレイの第一構築トレイの上に粉末材料を選択的に圧縮することを含む。
【００３２】
任意選択的に、方法は、最終圧縮ステーションにおいて複数の構築トレイの全ての上に複数の層を同時に圧縮することを含む。
【００３３】
任意選択的に、方法は、最終焼結ステーションにおいて複数の構築トレイの全ての上に複数の層を同時に焼結することを含む。
【００３４】
任意選択的に、方法は、複数の構築トレイを循環路で前進させることを含む。
【００３５】
別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および／または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法および材料と類似または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、例示的な方法および／または材料が下記に記載される。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、材料、方法および実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
本明細書では本発明のいくつかの実施形態を単に例示し添付の図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の実施形態を例示考察することだけを目的としていることを強調するものである。この点について、図面について行う説明によって、本発明の実施形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。
【００３７】
【図１】図１は、本発明の一部の実施形態に係る例示的な３Ｄ印刷システムの簡略概略図である。
【００３８】
【図２Ａ−２Ｄ】図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、及び２Ｄは、本発明の一部の実施形態に係る、進行中の構築ステップで示された例示的な３Ｄ印刷システムの簡略概略図である。
【００３９】
【図３】図３は、本発明の一部の実施形態に係る、３Ｄ印刷によって複数の物体の層を同時に構築するための例示的な方法の簡略フローチャートである。
【００４０】
【図４Ａ−４Ｂ】図４Ａ及び４Ｂは、本発明の一部の実施形態に係る、操作の異なる段階における別の例示的な３Ｄ印刷システムの簡略概略図である。
【図４Ｃ−４Ｄ】図４Ｃ及び４Ｄは、本発明の一部の実施形態に係る、操作の異なる段階における別の例示的な３Ｄ印刷システムの簡略概略図である。
【００４１】
【図５】図５は、本発明の一部の実施形態に係る、３Ｄ印刷によって複数の物体の層を同時に構築するための別の例示的な方法の簡略フローチャートである。
【００４２】
【図６】図６は、本発明の一部の実施形態に係る、物体の層を構築するための循環的な構築プロセスを示す簡略ブロック図である。
【００４３】
【図７】図７は、本発明の一部の実施形態に係る、物体を画定するためにマスクの層を印刷するための例示的なマスクプリンタの簡略ブロック図である。
【００４４】
【図８】図８は、本発明の一部の実施形態に係る、粉末吐出ステーションの簡略ブロック図である。
【００４５】
【図９】図９は、本発明の一部の実施形態に係る、粉末展着ステーションの簡略ブロック図である。
【００４６】
【図１０Ａ−１０Ｂ】図１０Ａ及び１０Ｂは、本発明の一部の実施形態に係る、それぞれ解放状態および圧縮状態の例示的な圧縮ステーションの簡略概略図である。
【００４７】
【図１１】図１１は、本発明の一部の実施形態に係る、３Ｄ印刷によって物体を構築するための例示的な方法の簡略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明は、その一部の実施形態では、３Ｄ印刷に基づく製造方法に関し、さらに詳しくは、粉末材料の層による３Ｄ印刷に関するが、それに限定されない。
【００４９】
本発明の一部の実施形態によれば、別個の構築トレイの上に複数の物体を同時に構築するための３Ｄ印刷システム及び方法が提供される。一部の例示的な実施形態によれば、印刷システムは、各々が層を構築するための異なるタスクを実施する複数のステーション、一つより多い構築トレイ、３Ｄ物体の各々の層が完成するまで構築トレイの各々を異なるステーションの各々に前進させる制御された循環駆動を含む。一部の例示的な実施形態によれば、ステーションは、マスクを印刷するための３Ｄマスクプリンター、一回分の粉末を吐出するための粉末吐出装置、粉末材料の層を塗布するための粉末展着装置、及び層を圧縮するための圧縮プロセスユニットを含む。任意選択的に、粉末吐出装置及び粉末展着装置の機能は、単一のステーションに一体化される。任意選択的に、システムは、追加の又は代替的なステーション、例えば層を焼結するための焼結プロセスステーション、及び層の上部面を除去するための微粉砕（又は粉砕）ステーションを含んでもよい。好ましくは、製造時間は、層構築手順時に一つの構築トレイで一つより多いステーションを占有することによって減少される。
【００５０】
一部の例示的な実施形態によれば、３Ｄマスクプリンターステーションは、マスクパターンデータに基づいて材料を堆積する直線インクジェットプリントヘッドを含む。一般的には、マスクパターンデータは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアプログラムなどによって生成される。一般的には、３Ｄマスクプリンターステーションは、複数の構築トレイの上に印刷される物体の各々のためのマスクデータを貯蔵するためのメモリーへのアクセスを含む。一部の例示的な実施形態では、コントローラは、層構築プロセス中に複数の構築トレイの各々のためにマスクデータをインクジェットプリンターに与えることを繰り返すことを制御する。
【００５１】
一部の例示的な実施形態では、システムはさらに、第二最終圧縮ユニット、及び層構築プロセスの終わりに複数の層を圧縮し、次いで焼結するための炉焼結ユニットを含む。任意選択的に、一つより多い構築トレイが一回で圧縮及び／又は焼結されることができる。
【００５２】
一部の例示的な実施形態では、３Ｄマスクプリンターは、フォトポリマー３Ｄプリンター、例えば米国、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ，Ｅｄｅｎ  ＰｒａｉｒｉｅのＳｔｒａｔａｓｙｓによって提供されるＰｏｌｙＪｅｔ（商品名）プリンターである。一部の例示的な実施形態では、マスクプリンターは、構築トレイが静止したままでありながら、印刷時に層を走査するように構築トレイの上を移動する走査印刷ブロックの上に組み立てられたインクジェットプリントヘッドを含む。一部の実施形態では、特定の層のマスク全体は、単一の通過で印刷されることができる。
【００５３】
一部の例示的な実施形態では、圧縮ユニットは、構築トレイを包囲する壁及びその上に展着された粉末の層を含むダイ圧縮ユニットであり、層の足跡を維持する。一部の例示的な実施形態では、圧縮プロセスで付与される圧縮強度は、粉末層の永久的な変形を与えるように、例えば粉末粒子をその弾性状態を越えてその塑性状態まで押圧するように画定される。一部の例示的な実施形態では、粉末材料は、アルミニウムである。任意選択的に、他の材料又はセラミック材料が構築材料、例えば粉末として使用される。任意選択的に、粉末は、複数の材料の混合物である。アルミニウムで構築することは、その軽量、熱及び電気伝導性、並びにその耐腐食性のために有利であることが知られている。
【００５４】
一部の例示的な実施形態では、印刷システムは、異なる構築トレイの上に異なる物体を同時に印刷するように構成される。任意選択的に、同時に印刷される異なる物体は、異なる粉末材料で形成される。さらに、粉末の上にマスクを印刷するために使用される材料はまた、構築トレイの各々のために異なることができる。さらに、圧縮、例えば各構築トレイに付与される圧縮時の時間、力、及び温度は、印刷される各物体に対して適合されることができる。
【００５５】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳しく説明する前に、本発明は、その適用において、下記の説明に示されるか、および／または図面および／または実施例において例示される構成要素および／または方法の組み立ておよび構成の細部に必ずしも限定されないことを理解しなければならない。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。
【００５６】
次に図面を参照すると、図１は、本発明の一部の実施形態に係る例示的な３Ｄ印刷システムの簡略ブロック図を示す。３Ｄ印刷システム１００は、作業用プラットフォーム５００に一体化される。本発明の一部の実施形態によれば、作業用プラットフォーム５００は、レール２５０を含み、その上に一つより多い構築トレイ（例えば構築トレイ２０１，２０２，２０３、及び２０４）が、一回でそれぞれ一層で物体１５１，１５２，１５３、及び１５４を印刷するために複数のステーションを通って前進される。一部の例示的な実施形態では、物体１５１，１５２，１５３、及び１５４は、同一物体である。あるいは、物体１５１，１５２，１５３、及び１５４の一つ以上は、形状、寸法、又は材料が異なり、３Ｄ印刷システム１００は、異なる物体を層状に同時に印刷することに適応するようにパラメータを繰り返し調整することができる。一般的には、構築プロセスは、物体１５１，１５２，１５３、及び１５４の各々のための第一層が印刷され、続いて物体１５１，１５２，１５３、及び１５４の各々のための第二層が印刷されるように画定され、このプロセスは、物体１５１，１５２，１５３、及び１５４のための層の全てが印刷されるまで継続される。
【００５７】
一部の例示的な実施形態によれば、モータ２６０は、その軸２６５のまわりに回転し、循環レール２５０に沿ってトレイ２０１，２０２，２０３、及び２０４を前進させる。一部の例示的な実施形態では、レール２５０は、新しい層がそれぞれ加えられるときにトレイ２０１，２０２，２０３、及び２０４の高さを調整する（例えばトレイ２０１，２０２，及び２０３を低くする）ための垂直方向（Ｚ軸）に沿った動きを与える直線ステージの上に支持されている。一部の例示的な実施形態では、各トレイは、特定のトレイのためにＺ軸の動きの能力を与える、それ自身のＺキャリッジと関連付けられている。トレイがステーションからステーションへ前進するとき、そのＺキャリッジは、それ自身を希望のＺ高さに調整する。一部の他の例示的な実施形態では、Ｚ軸直線ステージは、各ステーションに配置され、レールは、一つのＺ軸直線ステージからもう一方のものへとトレイを前進させる。任意選択的に、角度回転ステップが完了すると、握手プロセスが各Ｚ軸直線ステージと直線ステージの上に受けとられるトレイの間で起こる。握手は、そのＺ軸ステージにおいて各トレイの正確で剛い装着を与えることができる。各ステーションの高さを個々に調整することによって、システムは、異なる層厚さ又は異なる材料を有する異なる物体を同時に構築することができる。
【００５８】
本発明の一部の実施形態によれば、作業用プラットフォーム５００は、各物体のためのマスクパターンに従ってトレイ２０１，２０２，２０３、及び２０４の各々の上にマスクを印刷するための印刷プラットフォームステーション３０（３Ｄプリンターステーション）、トレイ２０１，２０２，２０３、及び２０４の各々の上に粉末層を吐出するための粉末吐出ステーション１０、各トレイの上に吐出された粉末の層を展着するための粉末展着ステーション２０、及びトレイ２０１，２０２，２０３、及び２０４の各々の上に粉末の層を圧縮するための圧縮プロセスステーション４０を含む。一般的には、各層について、トレイ２０１，２０２，２０３、及び２０４は、ステーションの各々に前進し、次いでそれらのトレイは、全ての層が印刷されるまでプロセスを繰り返す。ステーションの順序は、一般的には構築プロセスによって画定される。一部の例示的な実施形態では、層は、まずマスクを印刷し、マスクの上に粉末を展着し、次いで層を圧縮することによって形成される。あるいは、粉末層は、展着されてもよく、粉末は、圧縮されてもよく、次いでマスクは、圧縮された粉末の上に印刷されてもよい。任意選択的に、追加のステーションを含めてもよく、及び／又は層を形成するための異なる順序を画定してもよい。一般的には、ステーション１０，２０，３０、及び４０は、トレイが一つの方向で前進されて完成した層を形成するようにこれらのステーションが操作される順序で作業用プラットフォーム５００の上に配置される。
【００５９】
本発明の一部の実施形態によれば、コントローラ６００は、３Ｄ印刷システム１００の操作を制御し、ステーションの各々の操作及びレール２５０上のトレイ２０１，２０２，２０３の動きを調和する。一般的には、コントローラ６００は、メモリー及び処理能力を含むか、及び／又はそれらと関連付けられる。
【００６０】
一部の例示的な実施形態では、ステーション（例えばステーション１０，２０，３０、又は４０）は、特定のトレイを識別することに基づいてその操作パラメータを調整することができる。
【００６１】
任意選択的に、層構築プロセスの終わりに、物体１５１，１５２，１５３、及び１５４は、最終圧縮のために第二圧縮ステーション６０に、次いで焼結のために焼結ステーション７０に前進又は配置されることができる。第二圧縮ステーション６０における物体１５１，１５２，１５３、及び１５４のための圧縮は、同時に又は連続的に実施されることができる。焼結プロセス中、物体は、一般的に凝固する。
【００６２】
任意選択的に、不活性ガス源５１０は、窒素源である。任意選択的に、焼結ステーション７０及び第二圧縮ステーション６０は、作業用プラットフォーム５００とは切り離されたスタンドアローンステーションである。任意選択的に、物体１５１，１５２，１５３、及び１５４は、レール２５０によってではなく、手動で焼結ステーション７０及び任意選択的に第二圧縮ステーション６０内に配置される。任意選択的に、第二圧縮ステーション６０及び焼結ステーション７０の各々は、それぞれのステーションを作動させるための専用のコントローラを有する。
【００６３】
次に、図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、及び２Ｄを参照すると、それらは、本発明の一部の実施形態による進行中の構築ステップで示される例示的な３Ｄ印刷システムの簡略概略図を示す。一つの例示的な実施形態では、（図２Ａに示される）第一構築ステップ中、ステーション１０は、トレイ２０１で占有されてもよく、ステーション２０は、トレイ２０２で占有されてもよく、ステーション３０は、トレイ２０３で占有されてもよく、ステーション４０は、トレイ２０４で占有されてもよい。第一層を印刷するとき、ステーション１０のみがこのサイクルのステップ（第一サイクル）中に活性化されてもよく、一方ステーション２０，３０、及び４０は、待機状態であってもよい。続くサイクル中、ステーション１０，２０，３０、及び４０の全てが同時に操作されてもよく、各々は、その画定されたタスクを実施するために操作される。任意選択的に、ステーションの数は、トレイの数を越えてもよく、一つ以上のステーションがこれらの連続サイクルにおいて活性化されなくてもよい。活性化されたステーションの活動の終わりに、レール２５０は、トレイを例えば時計廻りの方向に続くステップに前進させてもよい。
【００６４】
（図２Ｂに示される）第二ステップでは、ステーション１０は、トレイ２０４で占有されてもよく、ステーション２０は、トレイ２０１で占有されてもよく、ステーション３０は、トレイ２０２で占有されてもよく、ステーション４０は、トレイ２０３で占有されてもよい。ステーション１０及び２０の各々は、第一サイクル中にその画定されたタスクを実施するために同時に操作されてもよく、一方ステーション３０及び４０は、アイドル状態であってもよい。活性化されたステーションの活動の終わりに、レール２５０は、トレイを例えば時計廻りの方向に続くステップに前進させてもよい。
【００６５】
（図２Ｃに示された）第三ステップでは、ステーション１０は、トレイ２０３で占有されてもよく、ステーション２０は、トレイ２０４で占有されてもよく、ステーション３０は、トレイ２０１で占有されてもよく、ステーション４０は、トレイ２０２で占有されてもよい。ステーション１０，２０、及び３０の各々は、その画定されたタスクを実施するために同時に操作されてもよく、一方ステーション４０は、アイドル状態であってもよい。活性化されたステーションの活動の終わりに、レール２５０は、トレイを続くステップに前進させてもよい。
【００６６】
（図２Ｄに示された）第四ステップでは、ステーション１０は、トレイ２０２で占有されてもよく、ステーション２０は、トレイ２０３で占有されてもよく、ステーション３０は、トレイ２０４で占有されてもよく、ステーション４０は、トレイ２０１で占有されてもよい。ステーション１０，２０，３０、及び４０の各々は、その画定されたタスクを実施するために同時に操作されてもよい。活性化されたステーションの活動の終わりに、レール２５０は、新しいサイクルを開始するためにトレイを前進させてもよい。任意選択的に、このステップでは、トレイ２０１は、一つの完全なサイクルを完了し、第一層は、トレイ２０１において完了し、トレイ２０２，２０３、及び２０４において層は、完了しない。一部の例示的な実施形態によれば、レール２５０は、時計廻り又は反時計廻りのいずれかの方向でトレイ２０１，２０２，２０３、及び２０４を図２Ａに示された位置に戻してもよい。図２Ａに示された位置から再び開始すると、図２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、及び２Ｄに記載されたステップは、追加の層を形成するために繰り返されてもよい。続くサイクルでは、全てのステーションは、続く層の各々を形成するために同時に操作されることが一般的である。このプロセスは、物体１５１，１５２，１５３、及び１５４の各々のための全ての層が構築されるまで継続されることができる。一部の例示的な実施形態では、物体の一部は、他のものより多くの層を含むことができる。かかる場合には、ステーションは、完成した物体がステーションを占有するときにアイドル状態のままであってもよい。あるいは、システムの循環プロセスは、中断されてもよく、完成したモデルを含むトレイは、除去されるか、又は空いたトレイで置き換えられ、新しいデータを使用して新しいモデルを同時に構築することを可能にしてもよい。
【００６７】
一部の例示的な実施形態では、トレイは、第一ステップから最終ステップに前進するときに一つの方向、例えば時計廻り又は反時計廻りに前進し、次いでサイクルを繰り返す前に反対方向に前進させられてもよい。サイクルの終わりにレール２５０を反対方向に戻すことによって、ケーブルのからまり又は過剰なよじれを回避することができる。
【００６８】
一部の例示的な実施形態によれば、各ステーションは、占有されている間にトレイの上の識別情報を読みとり、トレイの上に構築される特定の物体にそのパラメータを調整することができる。調整されることができるパラメータは、吐出される粉末材料、吐出される容積、粉末を展着している間のローラの高さ、マスクパターン、マスクパターンのために使用される材料、及び圧縮パラメータを含むことができる。一般的には、各ステーションは、トレイの上で読まれる識別情報に基づいてサイクル中に操作するか又はアイドル状態のままであるかを決定することができる。
【００６９】
次に図３を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による３Ｄ印刷によって物体を構築するための例示的な方法の簡略フローチャートを示す。一般的には、トレイは、循環方式で一つのステーションから次のステーションに前進される（ブロック３０５）。一般的には、第一位置において、第一トレイは、第一ステーションにおいて、第二トレイは、第二ステーションにおいて、第三トレイは、第三ステーションにおいてのように静止される。第一サイクル中、例えば第一層について、第一ステーションを既に過ぎたトレイによって占有されるステーションのみが活性化される。続くサイクルでは、全てのステーションは、要求されたように同時に活性化されてもよい。
【００７０】
任意選択的に、トレイを前進させることに反応して、ステーションに配置されたトレイは、識別される（ブロック３０５）。一部の例示的な実施形態では、識別は、特定のトレイで構築される物体のためのステーションの操作パラメータを調整するために使用される（ブロック３２０）。識別は、いつステーションを活性化するか、又はどのステーションを活性化するかを決定するために使用されることができる（ブロック３３０）。全てのステーションがそれらの活性化を終えると、全てのトレイが次のステーションに前進させられる（ブロック３４０）。第一トレイが最後のステーションにあるとき、全てのトレイがそれらの第一位置に前進させられ、追加の層を構築するためのプロセスが繰り返される。このプロセスは、全ての層が構築されるまで継続される。
【００７１】
図１〜３を参照して記載される循環構成は、ステーションの各々の操作期間が概ね同じ期間を持つときに好ましくなりうる。次に、図４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、及び４Ｄを参照すると、それらは、本発明の一部の実施形態による操作の異なる段階における別の例示的な３Ｄ印刷システムの簡略概略図を示す。一部の例示的な実施形態では、処理ステーションの一つの操作期間は、他のステーションの操作期間より有意に長い。一般的には、それは、マスク印刷ステーション３０におけるデジタルプリンターの操作期間であり、それは、他の処理ステーション、例えば粉末吐出ステーション１０、粉末展着ステーション２０、及び圧縮ステーション４０の各々の操作期間より有意に長い。例えば、マスク印刷期間の長さは、全ての他のステーション（吐出、展着、及び圧縮）を一緒にした合計とほぼ同じであることができる。例えば追加のインクジェットプリントヘッドをデジタルプリンターに加えることによるデジタルプリンターのスピードの増加は、コストがかかり、複雑でありうる。
【００７２】
一部の例示的な実施形態によれば、作業用プラットフォーム５０１は、二つのトレイ（例えばトレイ２０１及びトレイ２０２）を同時に操作することができる。作業用プラットフォームは、トレイの一つを運びかつ印刷ステーション３０（遅い操作ステーション）と関連づけられる第一レール２５１、及び他のトレイを運びかつ他のステーション（例えば粉末吐出ステーション１０、粉末展着ステーション２０、及び圧縮ステーション４０）と関連づけられる第二レール２５１を含むことができる。一方の端で第一握手ステーション２７１に接続されかつ反対端で第二握手ステーション２７２に接続された切り替えアームは、レール２５１とレール２５２の間でトレイを移動することができる。次に、図４Ａを参照すると、物体１５２がステーション１０，２０、及び４０の各々においてプロセスを完了する間に第二トレイ２０１は、印刷ステーション３０においてマスク層を受ける。次に、図４Ｂを参照すると、ステーション１０，２０、及び４０の各々におけるプロセスの後、トレイ２０２は、レール２５２で握手ステーション２７２にシフトされる。印刷プロセスが終わると、トレイ２０１は、レール２５１で握手ステーション２７１にシフトされる。次に、図４Ｃを参照すると、トレイ２０１及びトレイ２０２の両方が握手ステーションにあるとき、モーター２７０に接続された切り替えアームが回転し、トレイ２０１をレール２５２の上に、トレイ２０２をレール２５１の上に置く。次に、図４Ｄを参照すると、トレイは、層の処理を完了するため、及び／又は追加の層を形成するため、関連ステーションに前進される。
【００７３】
このプロセスは、全ての層が構築されるまで繰り返される。例えば図４Ａに示されたシステムは、図１に示されたシステムより複雑でなく、物理的にコンパクトであることができ、システムにおける他のステーションより長い操作期間を要求する印刷ステーションを含むシステムのために特に好適であることができる。二つの異なる構築トレイの上の物体は、同時に製造されることができ、それは、一つのトレイだけで操作する従来技術のシステムと比較して生産性を約２倍にすることができる。
【００７４】
次に、図５を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による３Ｄ印刷によって複数の物体の層を同時に構築するための別の例示的な方法の簡略フローチャートを示す。一部の例示的な実施形態によれば、第一トレイは、印刷ステーションに前進させられ（ブロック５０５）、マスクは、トレイの上に印刷される。印刷が行なわれている間、第二トレイは、他のステーション（例えば粉末吐出ステーション、粉末展着ステーション、及び圧縮ステーション）の各々に前進させられる（ブロック５１０）。一部の例示的な実施形態では、第二トレイは、マスクが第一トレイの上に印刷される期間と実質的に同じ期間で他のステーションの各々においてプロセスを完了することができる。いったん層のためのマスクが第一トレイの上で完了され、層のための他のプロセスが第二トレイの上で完了されると、第一トレイ及び第二トレイの位置は、切り替えられる（ブロック５１５）。切り替えに基づいて、第二トレイは、新しい層のためのマスクを受けるために印刷ステーションに前進させられることができ（ブロック５２０）、第一トレイは、新しい層のための原材料を受けるために他のステーションの各々に前進させられる（ブロック５２５）。第一トレイ及び第二トレイは、再び切り替えられることができ（ブロック５３０）、ブロック５０５，５１０，５１５，５２０，５２５、及び５３０に記載されたプロセスは、全ての層が第一及び第二トレイの各々に構築されるまで繰り返されることができる。もしトレイの一つにおける物体が他のトレイより少ない層で完成されるなら、その物体は、除去されることができ、新しい物体は、より多くの層を有する物体が完成される間にその場所で開始されることができる。
【００７５】
次に、図６を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による物体の層を構築するための循環構築プロセスの簡略ブロック図を示す。一部の例示的な実施形態によれば、物体の各層は、３Ｄ印刷システムにおいて複数のステーションを通過することによって形成される。任意選択的に、各層は、マスクパターンを印刷する（ブロック３５０）、マスクパターンの粉末を吐出する（ブロック３６０）、構築トレイの上に粉末を展着する（ブロック３７０）、及び層を圧縮する（ブロック３８０）ことを含む複数のステップで形成されることができる。このプロセスは、全ての層が構築されるまで繰り返される。
【００７６】
一般的には、トレイ２０１における物体１５１、トレイ２０２における物体１５２、トレイ２０３における物体１５３は、この循環パターンを、それらの間の位相シフトを伴なって同時に受ける。例えば、トレイ２０１における物体１５１が圧縮されている間、粉末は、トレイ２０２における物体１５２のために展着され、粉末は、トレイ２０４の上の物体１５３のために吐出される。任意選択的に、一つ以上のトレイは、所定の期間、アイドル状態である。
【００７７】
次に、図７を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による例示的な３Ｄ印刷システムの簡略概略図を示す。本発明の一部の実施形態によれば、印刷プラットフォームステーション３０は、生成されたマスクパターンデータ３９に基づいて材料３２を堆積する直接インクジェットプリントヘッド３５を含む。一般的に、マスクパターンは、メモリに通常格納されるマスクデータ３９によって画定される。一般的に、マスクデータは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェアプログラム等によって生成される。一般的に、マスクデータは、同時に印刷される物体の全てについてのデータを含む。異なる物体が異なるトレイにおいて印刷されるとき、データ３９は、一般的には各物体のためのファイルを含むことができる。あるいは、複数の同じ物体が同時に印刷されるとき、データ３９は、単一のファイルのみを含むことができる。
【００７８】
一部の例示的実施形態では、プリントヘッド３５は、移動可能であり、プリンタコントローラ３７は、システムコントローラ６００と共に、プリントヘッド３５の動き、及び材料３２を堆積するためのタイミングを制御する。一般的に、硬化ユニット３３は、堆積した材料を硬化する。一般的に、トレイ２００は、印刷中、静止しており、プリントヘッド３５および硬化ユニット３３は、プリントヘッド３５及び硬化ユニット３３を１つ以上の方向に移動させるためにＸ、Ｙ、またはＸＹステージによって支持される。一般的に、プリントヘッド３５は、ノズルの配列を含み、それを通して材料が選択的に堆積される。任意選択的に、プリントヘッド３５は、データ３９に基づいて選択的に堆積されることができる複数の異なる材料を含む。
【００７９】
次に、図８を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による粉末吐出ステーションの簡略ブロック図を示す。一般的に、粉末吐出ステーション１０は、粉末５５を貯蔵する容器１２と、チューブ１６を介してトレイ２０１（又はトレイ２０２又は２０３）上に定められた量および／または体積の粉末５５を取り出すためのオーガ１４とを含む。一部の例示的実施形態では、定められた量は、システム１００および／またはコントローラ６００からのフィードバックに基づいて、構築プロセス全体にわたって調整される。任意選択的に、定められた量は、吐出ステーションを占有するトレイに基づいて調整される。任意選択的に、一つのトレイ、例えばトレイ２０１において他のトレイ（例えばトレイ２０２及び２０３）と比較して、より多くの粉末５１が選択的に堆積される。一部の例示的実施形態では、粉末吐出ステーション１０は、アルミニウム粉末を送達するように適応される。他の例示的な実施形態では、他の金属、合金、および／または材料が粉末吐出ステーション１０によって貯蔵されかつ送達される。任意選択的に、容器１２は、別個に貯蔵された又は混合された複数の成分を含む。任意選択的に、容器１２は、貯蔵された内容物を混合するための機構を含む。一部の例示的な実施形態では、吐出される材料のタイプは、現在吐出ステーションを占有するトレイに依存する。
【００８０】
次に、図９を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態による粉末展着ステーションの簡略ブロック図を示す。一般的に、展着ステーション２０は、アクスル２４に回転自在に取り付けられた電動ローラ２５を含む。一部の例示的実施形態では、リニア駆動２２は、アクスル２４と係合し、粉末の均一な層を展着するために層を横切って移動する。一部の例示的な実施形態では、定められた層厚を得るために、トレイ２０１（又はトレイ２０２又は２０３）の高さが調整され、例えばＺステージにより上下動する。一部の例示的な実施形態では、厚さ約１５０μｍ、例えば厚さ５０μｍ〜２００μｍの粉末層がローラ２５により展着される。一部の例示的な実施形態では、圧縮後の層の高さは、監視され、トレイ２０１の高さは、１つ以上の前の層の層厚のずれを補償するために、現在の層の厚さを変更するように調整される。
【００８１】
一部の例示的な実施形態では、ローラ２５は、実質的にトレイ２０１の全長にわたって延び、粉末を展着するためにローラは１回通過するだけでよい。任意選択的に、ローラ２５は、トレイ２０１より上の高さに保持され、展着のために必要に応じてＺ昇降器により下降される。
【００８２】
次に、図１０Ａ及び１０Ｂを参照すると、それらは、本発明の一部の実施形態に係る、それぞれ解放状態および圧縮状態の例示的な圧縮ステーションの簡略概略図を示す。任意選択的に、層３００は、マスク層上に粉末層を展着した後に圧縮される。本発明の一部の実施形態によれば、圧縮ステーションは、層毎のダイを生成する。
【００８３】
本発明の一部の実施形態によれば、圧縮ステーションは、層３００を圧縮するための圧縮圧力を提供するように機能するピストン４２を含む。本発明の一部の実施形態によれば、圧縮中に、ピストン４２は、ボア４９を介して上昇され、任意選択的にロッド４２Ａを作業用プラットフォーム５００またはレール２５０内に押し込み、構築トレイ２０１をトレイ２０１より上に位置する表面４５に向かって上昇させる。任意選択的に、ロッド４２Ａを加えることで、圧縮を達成するためにピストン４２が移動する必要のある距離が低減される。任意選択的に、いったん層３００が表面４５に接触すると、層３００の周りで壁４３が閉じて、圧縮中に層３００の一定の占有面積を維持する。
【００８４】
一部の例示的な実施形態では、トレイ２０１は、ピストン４２がトレイ２０１を上昇および／または下降させるにつれて、リニアベアリング４６に沿って移動する１つ以上のリニアガイド４１に固定される。任意選択的に、トレイ２０１は、１つ以上の圧縮ばね４７に抗して上昇される。一部の例示的な実施形態では、重力と同様にばね４７もまた、層３００の圧縮後にピストン４２を下降させるように働く。
【００８５】
一般的に、圧縮ステーション４０によって加えられる圧力は、空気を除去し、かつ層の永久変形が達成されるように層３００内の粉末にその弾性状態を超えさせるように働く。任意選択的に、圧縮は、層の相対密度を増大させる。
【００８６】
一部の例示的な実施形態では、上面４５は、加熱され、例えば圧縮中に加熱要素４４により予熱され、温間ダイ圧縮が実行される。表面４５を加熱した場合、層３００は、より低い圧力を層に加えて、その塑性変形および／または永久変形状態に達することができる。一般的に、加えられる圧力および温度は、粉末の材料および層３００の厚さに基づいて定められる。任意選択的に、トレイ２０１，２０２，２０３、及び２０４の各々は、異なる材料を受けとり、材料及び物体サイズや形状に基づいて定められた温度、圧縮力及び期間で圧縮されることができる。
【００８７】
一部の例示的な実施形態では、例えばアルミニウム粉末が使用される場合、圧縮は、酸化物層、例えば粉末粒子上のアルミナを破壊するように機能する。一般的に、アルミニウムが露出すると、粉末材料のアルミニウム粒子間の直接係合が促進され、焼結中の粒子の結合を改良する。
【００８８】
本発明の一部の実施形態によれば、物体の高さ、例えば構築されているときの物体の１つ以上の層の高さは、圧縮ステーションで検出され、決定され、かつ／または感知される。任意選択的に、表面４５に押し付けられている間のトレイ２００の高さが検出される。本発明の一部の実施形態によれば、コントローラ６００（図１）は、高さおよび／または高さの変化を監視し、所望の高さからのずれおよび／または高さの変化を補償するために層厚の調整が必要な場合に、粉末吐出ステーションに入力を提供する。一部の例示的な実施形態では、コントローラ６００は、メモリに格納された１つ以上のルックアップテーブルまたは数式を使用して、層厚の調整を制御する。異なるトレイに対して異なる調整がなされることができる。
【００８９】
一部の例示的な実施形態では、精密ステージの経路に沿った１つ以上のステーションは、経路に沿って延びるレール２５０上に、かつ／または１つ以上のブリッジ、例えば作業用プラットフォーム５００の上に配置されたブリッジ４７によって支持される。一部の例示的な実施形態では、圧縮ステーション４０は、本書で以下にさらに詳述するように、作業用プラットフォーム５００より下に位置するピストン４２であって、ロッド４２Ａによりトレイ２０１をトレイ２０１より上に位置する平坦化表面４５または他の表面に向かって上昇させるように作動するピストン４２を含む。
【００９０】
次に、図１１を参照すると、それは、本発明の一部の実施形態に係る、３Ｄ印刷に基づいて物体を形成するための例示的な方法の簡略フローチャートを示す。一部の例示的な実施形態によれば、いったん層構築プロセスが完了すると、構築された層は、自動化されたステージから取り出され（ブロック４０５）、かつ任意選択的により高い圧力、温度、および／またはより長い時間で再び圧縮される（ブロック４１０）。全てのトレイにおいて構築された層の圧縮は、同時に実施されることができる。一部の例示的実施形態では、最終圧縮は、１５０〜３００ＭＰａの圧力で、アルミニウムの場合、例えば２５０ＭＰａで、または４３０℃未満の温度で実行される。任意選択的に、層は、長い時間にわたって、例えば２〜６分間圧縮される。一般的に、圧縮は、ダイ圧縮であるので、プロセス中にＺ軸だけが圧縮される。圧縮後に、一般的に、焼結が適用される（ブロック４１５）。任意選択的に、全てのトレイにおいて構築された層が同時に焼結される。一部の例示的な実施形態では、焼結は、複数のステージで適用される。
【００９１】
任意選択的に、第１ステージでは、構築された層が、例えば４００℃未満の比較的低い温度で、第１持続時間にわたって、例えば２０〜１８０分間加熱される。アルミニウム粉末、およびステンレス鋼のような他の金属を使用する場合、このステップは、窒素の不活性環境を必要とすることがある。一般的には、マスクパターンは、主としてポリマーに含まれる酸素のため、このステージで燃焼する。第２ステージでは、温度を例えば４５０℃に上昇させてよく、この温度は、第２持続時間にわたって、例えば０〜３０分間維持されてよい。温度上昇および冷却は、定められた割合で、例えば１０℃／分で行われてよい。第３ステージでは、温度を再び、（使用中の合金によって異なるが、アルミニウム粉末の場合）例えば５７０〜６３０℃に上昇させてよく、この温度は、第３持続時間にわたって、例えば６０〜１２０分間維持されてよい。アルミニウム粉末の場合、これらのステップは全て、不活性環境で処理されてよい。焼結および冷却の後、物体は、層のブロックから取り出されてもよい。
【００９２】
用語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの同根語は、「含むが、それらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」ことを意味する。
【００９３】
用語「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」は、「含み、それらに限定される（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ａｎｄ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」ことを意味する。
【００９４】
表現「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、さらなる成分、工程および／または部分が、主張される組成物、方法または構造の基本的かつ新規な特徴を実質的に変化させない場合にだけ、組成物、方法または構造がさらなる成分、工程および／または部分を含み得ることを意味する。
【００９５】
明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴が、単一の実施形態に組み合わせて提供されることもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで、あるいは本発明の他の記載される実施形態において好適なように提供することもできる。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。
【図１】
2019523823.tif 000003
【図２Ａ−２Ｄ】
2019523823.tif 000004
【図３】
2019523823.tif 000005
【図４Ａ−４Ｂ】
2019523823.tif 000006
【図４Ｃ−４Ｄ】
2019523823.tif 000007
【図５】
2019523823.tif 000008
【図６】
2019523823.tif 000009
【図７】
2019523823.tif 000010
【図８】
2019523823.tif 000011
【図９】
2019523823.tif 000012
【図１０Ａ−１０Ｂ】
2019523823.tif 000013
【図１１】
2019523823.tif 000014
【国際調査報告】
2019523823.tif 000015
2019523823.tif 000016
2019523823.tif 000017